基于动力时程分析的模型更新混合模拟方法

为降低混合模拟中边界条件及结构简化与数值结构参数误差带来的精度下降问题,提出基于全结构时程分析的模型更新方法,以全结构动力分析模型取代数值子结构模型,将试验子结构作为参数修正的对比目标。建立常见的钢框架与钢筋混凝土框架结构数值模型,筛选出其独立本构参数作为更新对象,以底层柱的弹性反弯点划分子结构,分别进行4种工况混合模拟仿真试验。研究结果表明：与传统混合模拟相比,该方法有效降低了界面弯矩简化与参数误差带来的影响,采用均匀设计的更新方法有效保证参数更新点的代表性,确保多参数更新识别的准确率,有效提升混合模拟精度;同时验证该方法在不同界面弯矩处理下的稳定性与有效性。     

在线数值模拟方法在防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构中的应用

在线数值模拟方法是一种基于模型更新的混合试验方法。在该方法中，建立整体结构数值模型和物理子结构的数值模型，分别用于结构整体分析和本构模型参数估计，且两套模型具有相同的本构关系。在线数值模拟方法中,结构响应由结构整体分析得到，边界条件自然得到满足；数值模型的本构参数不断根据试验数据在线修正，建模可靠性得到了改善。为验证在线数值模拟方法在复杂建筑结构中应用的可行性，以隐性卡尔曼滤波器(UKF)为参数估计方法，以钢材和混凝土本构模型参数为待估计量，完成了具有不完整边界条件的防屈曲支撑-钢筋混凝土框架结构的虚拟混合试验。结果表明，在线数值模拟方法削弱了边界条件的影响，提高了混合试验的模拟精度；UKF方法在多构件多本构模型参数同时估计时具有较高的精度和计算效率；在每一积分步内，在线数值模拟方法平均计算耗时0.67s，远小于加载耗时，验证了在线数值模拟方法在复杂结构试验中的适用性。     

纤维单元单轴材料本构对圆钢管轴向滞回性能模拟的影响研究

基于纤维单元和单轴材料本构的多段梁法在钢管结构的滞回性能模拟中得到了广泛应用。利用OpenSees程序和多段梁法,以现有的3个圆钢管轴向加载滞回性能试验为基准,对以下4种常用的单轴材料本构对圆钢管轴向滞回性能模拟的影响进行了研究:不考虑弹塑性过渡段的随动硬化模型、考虑弹塑性过渡段的随动硬化模型、不考虑弹塑性过渡段的混合硬化模型和考虑弹塑性过渡段的混合硬化模型。分别对3个圆钢管的轴向荷载-轴向位移滞回性能进行了试验和数值模拟的对比分析,研究表明,包含弹塑性过渡段的混合硬化单轴材料本构模型能够有效模拟圆钢管的轴向滞回性能,而不考虑弹塑性过渡段的随动硬化单轴材料本构模型不能有效模拟圆钢管的轴向滞回性能;单轴材料本构中弹塑性过渡参数对圆钢管的轴向滞回性能有较大影响,应在模型中考虑;各向同性硬化系数对圆钢管的轴向滞回性能影响不大;不同杆件的单轴材料本构模型参数可能有较大差异,应根据试验数据确定参数取值。     

ABAQUS混凝土损伤塑性模型参数验证

为了统一ABAQUS混凝土损伤塑性模型与规范提供的混凝土本构模型,在规范提供的混凝土本构关系的基础上引入损伤因子的概念,对混凝土损伤塑性模型本构关系参数的确定方法进行了研究。用各等级混凝土本构关系参数模拟结果与规范曲线的对比,验证CDP模型参数的正确性;用一混凝土剪力墙试验的模拟分析,验证本构关系参数用于结构分析情况下的可靠性。两种验证结果证明,给出的CDP模型参数确定方法是正确的,用该方法确定的参数进行结构模拟分析所得结果是可靠的,并指出了CDP模型的不足。     

基于SFG模型的非饱和膨胀土本构模型研究

Gens和Alonso提出了非饱和膨胀土本构概念模型(G–A模型),将土体膨胀分为微观层次和宏观层次,能够预测土体变形趋势。但G–A模型框架内建立的膨胀土模型参数多且难确定。在SFG模型的框架下,推导膨胀土的中性加载面(NL屈服面)方程,建立了膨胀土本构模型。该模型以总变形来反映土体微观层次变形,不再区分微观层次和宏观层次的结构变形,减少了非饱和膨胀土本构模型的参数。试验数据和数值模拟结果表明,中性加载屈服面和膨胀势曲线基本一致。通过与膨胀土的膨胀试验结果对比,本模型数值计算结果和试验结果较吻合,证实了所提模型的正确性。     

混凝土弹塑性损伤本构模型研究Ⅱ:数值计算和试验验证

针对建议的基于能量的混凝土弹塑性损伤本构模型[1],将损伤演化和塑性变形解耦,本文建立了模型的弹性预测-塑性修正-损伤修正数值分析框架,给出了无条件稳定的应力更新算法和相应的算法一致性切线模量。在弹性预测-塑性修正过程中,利用谱分解回映算法建立了塑性流动因子和硬化参数的统一迭代格式,减小了有效应力更新的计算量。根据上述数值算法,编制非线性有限元分析程序,对单调和低周反复荷载作用下的混凝土材料和结构试验进行数值模拟,分析结果表明建议的弹塑性损伤本构模型可以较好地描述混凝土材料的典型非线性行为,其数值方法是有效的,为进一步的结构非线性分析应用奠定了基础。     

几种常用混凝土动态损伤本构模型评述

描述了混凝土抗冲击数值模拟中常用的几种混凝土动态损伤本构模型,包括HJC、RHT、LLNL、Marlvar及TCK本构模型.在此基础上,从动力本构模型的极限面定义、损伤定义、状态方程、应变率强化效应及模型参数标定方面综合分析和评述了各本构模型.对于混凝土抗冲击问题的数值模拟及混凝土动态损伤本构研究具有参考意义.     

修正的钢筋混凝土等效材料塑性损伤本构模型及其在抗震分析中的应用

利用刚度等效原则将钢筋弥散于整个混凝土中,将钢筋混凝土视为连续均质的材料,借助ABAQUS软件自带的混凝土损伤本构模型,对应用于高层建筑工程中的高强钢筋混凝土材料的本构关系进行分段线性简化,实现了采用等效材料本构模型模拟钢筋混凝土。采用等效材料本构模型对既有文献中已进行试验的钢筋混凝土剪力墙进行数值模拟,所获得的荷载-位移曲线与试验得到的曲线一致性较好,说明了等效材料本构模型的有效性。最后基于该本构模型,利用ABAQUS软件对一个超高层钢筋混凝土框架-核心筒结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,模拟结果能较为合理地反映高层建筑在地震作用下的力学响应,说明可以利用该本构模型指导工程实践。     

致密砂岩Johnson-Holmquist损伤本构模型参数求取及验证

Johnson-Holmquist(J-H)本构模型被普遍用于研究岩石动态破坏过程,但由于包含参数较多,确定参数需要大量试验,J-H本构模型描述岩石类的动态力学性质缺乏准确可信的模型参数。为此开展致密砂岩的三轴静态和三轴动态岩石力学试验,依据试验结果探讨J-H损伤本构模型参数求取方法,给出四川须家河组致密砂岩J-H本构模型参数及取值范围,利用所取参数及AUTODYN软件模拟不同围压下致密砂岩的split Hopkinson pressure bar(SHPB)试验过程,结果显示,试验和数值模拟的应力波曲线吻合较好,模拟得到的动态应力–应变曲线与试验结果的平均误差为14.31%,验证了模型参数的准确性。     

模拟堤坝荷载作用下软土的速率效应特性(英文)

用基于Perzyna超应力理论与修正剑桥模型的简单的弹黏塑性本构模型,耦合比奥固结理论,来模拟堤坝荷载作用下的软土的速率效应特性。以土工织布加固的堤坝为实例,提出从最初几个加载阶段下的沉降数据来确定黏性参数的反分析法。根据反分析的参数值来模拟,同实测值予以比较,并同文献中使用其他四个不同本构模型的模拟结果进行比较,比较研究表明:本文建议的模型具有优越性。特别研究了土工织布加固对堤坝下软土的滞后变形和稳定性的影响。良好的模拟结果反应了所提出的反分析法的可用性,同时展示了所使用的弹黏塑性本构模型在岩土工程中的实用性:弥补了修正剑桥模型不能模拟速率效应特性的缺点;跟其他黏塑性本构模型比较,本模型参数确定方法简单,模拟结果准确。     

Shaking table test and numerical simulation on a vertical hybrid structure under seismic excitation

A shaking table test of a 12‐story steel/reinforced concrete (S/RC) frame, which is composed of a 4‐story steel frame in the higher part, a 1‐story S/RC frame as a transition story in the middle part, and a 7‐story reinforced concrete (RC) frame in the lower part of the model, has been conducted, and its results are compared with those of a standard 12‐story RC frame to evaluate seismic performance of this S/RC frame. The numerical simulation on such hybrid frame structure has been performed and validated by the above experimental results. It is found that irregular lateral‐stiffness distribution along structural height will not only increase rotation at the joint of boundary between transition story and steel frame or concrete frame but also enlarge rotation at such joint and lead to more obvious rigid deformation in steel frame of S/RC frame, which will undoubtedly intensify bending failure. Meanwhile, acceleration response of the upper steel frame will reach its peak when characteristic site period is near the counterpart of the upper steel frame. Further, the maximum interstory drift under frequent earthquake excitation is at the lower substructure, namely, the RC frame, but this is not the case in rare earthquake situation. When it comes to determining damping ratio for vertical hybrid structure, a general method for engineering, which takes concrete and steel damping ratio for the whole structure analysis and then gets envelopes of these results for design, may yield conservative results. Meanwhile, such method may underestimate responses near the transition story.     

高烈度区框-筒混合结构动力特性与地震反应研究

简单介绍了高烈度区混合结构采用型钢混凝土框架—钢筋混凝土筒体的优势,针对高层结构对结构侧移敏感性的特点,并结合混合结构工程实用中常用的几种框架形式,采用SAP2000程序对一高烈度区典型型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体模型进行了有限元分析。研究了该结构体系的动力特性,并集中讨论了框架形式改变对其影响。最后,对该模型结构的地震位移及地震作用分布规律进行了讨论。可以为该类工程结构设计提供参考。     

钢纤维砼框架节点抗震性能的研究

本文根据钢纤维砼节点在低周反复荷载作用下的试验资料,论证了钢纤维砼框架节点良好的抗震性能。文中提出的钢纤维砼节点的抗剪强度计算公式可供设计参考。     

基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析

针对拟力法仅在刚性连接钢框架中应用的现状,根据钢筋混凝土框架以及半刚性连接钢框架的受力特点,并基于拟力法的基本假定与思路,得出了钢筋混凝土结构中塑性铰和半刚性连接钢框架中连接的弯矩-相对转角关系,从而推导并获得了拟力法在框架结构静力弹塑性分析中的通用公式。通过与有限元理论计算结果的比较,表明基于拟力法的框架结构静力弹塑性分析方法在应用于各类框架结构时都有着较高的精度,从而为将基于拟力法的动力弹塑性分析包括地震能量分析拓展到钢筋混凝土框架结构以及半刚性连接钢框架结构中奠定了基础。     

RC框架基于典型相关分析的地震动多元破坏势评估

为了更加全面地评估地震动对结构的潜在破坏势,考虑多个地震动强度参数和多个结构损伤参数对地震动破坏势的影响,提出一种基于典型相关分析的地震动多元破坏势评估方法。为说明所提方法,以具有不同高度和不同抗震设防水平的16个钢筋混凝土框架结构为研究对象,采用100条真实地震动记录作为地震输入。将与地震动加速度、速度和位移相关的8个地震动强度参数进行对数线性组合,构造成地震动多元强度参数的典型变量。将结构最大层间位移角、整体损伤指数、最大楼层加速度进行对数线性组合,构造成结构多元损伤参数的典型变量。通过使地震动强度参数的典型变量和结构损伤参数的典型变量的相关系数达到最大,获得可以较好评估地震动破坏势的复合地震动参数。研究结果表明：相比于单一地震动参数,复合地震动参数可以更好地评估地震动的破坏势,其与结构损伤的相关性也更强。     

A hybrid experimental-numerical approach for load rating of reinforced concrete bridges with insufficient structural properties

This article presents a non-destructive approach for load rating of reinforced concrete bridges without structural plans. The approach is found on a hybrid method, which employs vibration and live load testing coupled with numerical simulation and model updating techniques, to converge on estimate of unknown structural parameters. The material properties of bridge and the amount of reinforcing steel for calculating the bending capacity of a bridge are determined through model updating results and nondestructive approaches. The updated model is then employed to determine load effects for calculating load rating factors, and these results are combined with live load test result to arrive at the bridge capacity, and ultimately the load rating. The method is validated by testing a skewed reinforced concrete slab bridge for load rating purposes. The bridge was instrumented with accelerometers and strain gages, and the responses of the bridge under vibration and quasi-static tests were measured. Results demonstrated that the proposed method is capable of determining the bridge capacity and load rating factor with good accuracy, and not only can be used for load rating of concrete bridges without structural information, but also can be useful in condition assessment of existing concrete bridge with available as-built information.     

Numerical Model for Biaxial Earthquake Response of Reinforced Concrete

Abstract:   A numerical constitutive model is developed to simulate the biaxial nonlinear flexural response of slender reinforced concrete members subjected to earthquake excitation. The model is tested using data from two types of experiments with reinforced concrete elements: (1) elements subjected to varying pseudo-static biaxial lateral loads and (2) elements that responded biaxially to simulated earthquake motions. The goal for the model was not only to help determine the absolute maxima for earthquake response but also to enable calculation of the entire waveform, including the ranges of low- and moderate-amplitude response. The comparisons of measured and calculated results and sensitivity of the proposed model to variations in the input parameters are discussed. The output was found to be insensitive to the changes in input parameters related to concrete and sensitive to input parameters related to reinforcing steel. The results of the calculations were tested using experimental data.     

型钢高强高性能混凝土框架拟动力试验研究

采用基于位移控制的多点地震记录输入的拟动力试验方法,进行了一榀1/4比例的两跨3层型钢高强高性能混凝土框架拟动力试验。研究了地震作用下该结构的动力反应、层间位移和楼层耗能的分布方式、结构破坏机理及裂缝形态,测试了结构在不同阶段的频率与阻尼比。试验结果显示型钢高强高性能混凝土框架具有良好的耗能能力和变形能力,框架实现了较为理想的梁铰屈服机制,楼层变形呈倒三角形分布,结构阻尼比略低于普通型钢混凝土框架结构的阻尼比。最后,基于考虑损伤退化的型钢高强高性能混凝土框架滞回模型对试验模型进行了弹塑性时程分析,并分析了计算与试验结果产生差异的原因。     

连捷国际中心结构设计

连捷国际中心为超B级高度超限高层办公综合楼,地上36层,地下2层,建筑总高度149.9m。主楼结构采用角部带剪力墙的现浇框架-剪力墙结构体系。23层以下主楼范围内框架柱采用型钢混凝土柱,24层至屋顶采用钢筋混凝土柱。采且SATWE、PMSAP程序对结构进行了多遇地震下的反应谱设计和动力弹性时程分析,中震作用下竖向构件抗剪弹性、抗弯不屈服,并进行了罕遇地震作用下的静力弹塑性分析,结果表明结构抗震性能良好,体系安全可行。